Закономерности изменчивости. Взаимодействие генотипа и среды при формировании признака. Модификационная изменчивость - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: расширить знания учащихся о влиянии факторов окружающей среды на процесс формирования признаков организмов; познакомить учащихся с понятием “модификационная изменчивость”, доказать, что изменение фенотипа происходит в результате взаимодействия условий среды и генотипа; выработать умение приводить примеры фенотипической (модификационной) изменчивости одного вида, выраженные в разных условиях освещения.

Оборудование: комнатные растения; листья растений одного вида (например, листья березы, клена, дуба и т.д.), гербарии растений с выраженной модификационной изменчивостью (стрелолист обыкновенный, одуванчик обыкновенный) для выполнения лабораторной работы; инструктивные карточки.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Создание проблемной ситуации и постановка проблемы

— Вспомните, что изучает генетика? Что такое наследственность, каким способом передаются наследственные признаки? Что такое изменчивость?

— Прочитайте понятия, дайте им формулировку, покажите взаимосвязь между ними.

На доске понятия: ген, фенотип, факторы окружающей среды, признак, генотип.

— Объектом генетических исследований являются не только закономерности наследования признаков, но и различные проявления, изменчивости у организмов. Изменчивость — способность организмов менять свои признаки и свойства под влиянием факторов внешней среды. Взаимосвязь между понятиями можно показать в виде схемы:

— Назовите факторы внешней среды, которые могут оказывать влияние на степень проявления различных признаков в фенотипе. Какие признаки относятся к фенотипическим?

III. Решение проблемы

1. Знакомство с новым материалом.

Учащиеся работают в группах (по 4—5 человек), обсуждают поставленную проблему, высказывают свои предложения.

— Степень выраженности признаков в существенной мере зависит от среды, в которой живет организм.

Например:

1) Высокий рост обусловливается генотипом, то есть носит наследственный характер. В зависимости от условий питания, социально-бытовой среды и витаминизации люди, получившие по наследству гены высокого роста, могут быть высокими (при оптимальных благоприятных условиях), средними (при средних условиях) и низкими (при плохих условиях).

2) Человек под действием ультрафиолетовых лучей приобретает защитное свойство — загар (то есть усиленную пигментацию кожи). Степень загара у разных людей различна. Это зависит и от наследственности, и от интенсивности и длительности действия фактора. С прекращением действия ультрафиолетовых лучей загар постепенно исчезает. И еще, веснушек больше у тех, кто много бывает на улице в солнечную погоду.

3) В зависимости от ухода урожайность культурных растений (томатов, огурцов и пр.) бывает разная. При соблюдении всей “технологии” выращивания растений урожайность их всегда выше по сравнению с урожайностью растений, возделываемых в плохих условиях. Степень проявления декоративных качеств у декоративнолиственных и декоративно-цветочных культур напрямую зависит от агротехники выращивания.

Учитель приводит свои примеры, дополняя ответы учеников.

4) Если в корм личинок дрозофилы добавить немного нитрата серебра, то из них выводятся желтые мушки, несмотря на гомозиготность особей по доминантному гену серой окраски тела (ВВ). У особей гомозиготных по рецессивному гену зачаточности крыльев (аа) при комнатной температуре (15—20°С) крылья остаются зачаточными, а при температуре ЗГС вырастают нормальные крылья.

Генотип личинки дрозофилы	аа	аа	ВВ	ВВ	Генотип личинки дрозофилы
Температура содержания личинки и куколки дрозофилы	+ 15—20°С	+ЗГС	Норма	Пища с добавкой Нитрата серебра	Особенности кормления
Фенотип взрослой мухи	Зачаточные крылья	Нормально развитые крылья	Серое тело	Желтое тело	Фенотип взрослой мухи

5) Если у гималайского кролика выщипать белую шерсть и поместить его в холод, то на этом месте вырастет черная шерсть. Если черную шерсть удалить и наложить теплую повязку, вырастет белая

шерсть. При содержании гималайского кролика при температуре 30°С вся шерсть у него будет белая, при ее понижении быстро возрастает синтез черного пигмента, и при 2—3°С тело кроликов приобретает черную окраску. У потомства от двух белых или от двух черных кроликов, выращенных в нормальных условиях, распределение пигмента будет обычным (тело белое, а выступающие части тела — нос, кончики ушей и хвоста — черные).

Объяснить это можно следующим образом. Эмбрион, развиваясь в утробе матери, находится в условиях повышенной температуры, которая разрушает фермент, необходимый для окраски шерсти, поэтому кролики часто рождаются белыми. Вскоре после рождения отдельные выступающие части тела начинают темнеть, потому что там температура ниже, чем в других местах, и фермент не разрушается.

6) В последнем примере речь пойдет о стрелолисте — водном растении (демонстрация рисунка или гербария). Листья у одного и того же растения имеют разную форму в зависимости от того, находятся они в водной или в воздушной среде.

— О чем говорит тот факт, что у всех стрелолистов в воде развиваются длинные тонкие листья, а у всех лютиков водных — изрезанные?

— В чем проявляется специфичность реакций организмов одного вида на воздействия факторов внешней среды?

— Какие выводы можно сделать на основании приведенных примеров?

Выводы:

1) Большую роль в формировании признаков организмов играет среда их обитания.

2) Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, то есть их фенотип.

3) Изменчивость носит ненаследственный характер, так как изменения, возникшие у родителей, потомкам не передаются.

4) На действие определенного фактора внешней среды вид реагирует специфическим образом, и реакция оказывается сходной у всех особей одного вида.

Учитель вводит новые понятия.

— Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной.

Модификационная изменчивость — изменчивость фенотипа; реакция конкретного генотипа на разные условия среды обитания.

Модификация (от лат. “madificare” — видоизменение) — ненаследственное изменение фенотипа, возникающее под влиянием факторов внешней среды.

Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки.

Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует тем факторам, которые ее вызывают. Так, повышенные физические нагрузки влияют на степень развития мышц, но не изменяют цвет кожи, а ультрафиолетовые лучи изменяют цвет кожи человека, но не изменяют пропорций тела.

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. У модификационной изменчивости есть довольно жесткие границы или пределы проявления признака, обусловленные генотипом. Пределы модификационной изменчивости признака организма называют его нормой реакции.

Норма реакции — степень варьирования признака или пределы модификационной изменчивости, обусловленные генотипов.

Значит, наследуется не признак как таковой, а его способность изменяться в пределах нормы реакции под действием факторов среды. Гены определяют возможность развития признака, а его проявление и степень выраженности во многом определяется условиями среды. Так, зеленая окраска растений зависит и от контролирующих синтез хлорофилла генов, и от наличия света. При отсутствии света хлорофилл не синтезируется. Степень выраженности окраски растений зависит от интенсивности света.

— Каким образом можно проверить наследуемость фенотипических изменений у растений? У животных? (Получить потомство, создать иные условия для их роста и развития, сравнить фенотипы родителей и потомков.)

— Рассмотрим размах модификационной изменчивости у березы (клена, дуба), измерив листья растения, построив вариационный ряд.

Задание

1) Измерьте длину листьев. Данные запишите.

2) Получите вариационный ряд изменчивости длины листьев у растений одного вида (Вариационный ряд — ряд модификационной изменчивости признака, слагающийся из отдельных значений видоизменений, расположенных в порядке увеличения или уменьшения количественного выражения признака (размеры листьев, число зерен в колосе пшеницы, ржи и т.д.)).

3) Сделайте вывод о размахе модификационной изменчивости.

— Каковы причины такой изменчивости?

— Каков размах изменчивости — широкий или узкий?

Комментарии учителя. Изменчивость признака может быть

очень большой, как в данном случае, но никогда она не может выходить за пределы нормы реакции.

Как правило, количественные признаки (урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость и др.) имеют более широкую реакцию, нежели качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови, размеры сердца, головного мозга).

Знание нормы реакции имеет большое значение в практической деятельности человека, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий труда.

Имеет ли модификационная изменчивость какое-то значение в природе в жизни организмов?

Роль модификационной изменчивости в природе велика, так как она обеспечивает организмам возможность в течение их жизни адаптироваться (приспособляться) к изменяющимся условиям среды. Можно привести в доказательство этого некоторые примеры:

• усиленная пигментация кожи имеет защитное значение;

• число эритроцитов закономерно растет при повышении местожительства человека над уровнем поря; потребность в кислороде при его низких концентрациях заставляет человека и животных адаптивно реагировать изменением числа эритроцитов на разных высотах;

• в холодное время года у млекопитающих развивается более густой и длинный мех, в подкожной жировой клетчатке активно накапливается жир, который обеспечивает теплоизоляцию;

• при обитании в холодных заснеженных районах зайцы-беляки щеголяют весь год в белой шубке. А там где снег — редкость, беляк не белеет вовсе.

Учитель просит учеников назвать свои примеры.

Далее учащиеся делают выводы по второй части изученного материала.

1) Норма реакции организма определяется генотипом.

2) Наследуется не сам признак, а способность его меняться в пределах нормы реакции.

3) Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительский характер.

2. Выполнение лабораторной работы.

У учащихся на столах инструктивные карточки, если нет учебника И.Н. Пономаревой; в учебнике И.Н. Пономаревой инструкция к лабораторной работе есть на с. 231 (инструктивную карточку см. в приложении 2).

IV. Закрепление

Учащиеся повторяют новые термины и озвучивают вывод.

Домашнее задание

По учебнику И.Н. Пономаревой, § 25, термины, завершить оформление лабораторной работы, записать выводы; по учебнику А.А. Каменского, §3.11, термины, завершить оформление лабораторной работы, записать выводы. Индивидуально: сообщение “Частота мутаций. Причины и значение мутаций”.